ΣΤΕΡΕΟ. 1. Στο σχήμα φαίνεται πως μεταβάλλεται η γωνιακή ταχύτητα ενός δίσκου που εκτελεί στροφική κίνηση γύρω από σταθερό άξονα περιστροφής.

Transcript

1 1. Στο σχήμα φαίνεται πως μεταβάλλεται η γωνιακή ταχύτητα ενός δίσκου που εκτελεί στροφική κίνηση γύρω από σταθερό άξονα περιστροφής. Δίνεται ακτίνα δίσκου 0,5 m. α) Να βρεθούν οι γωνιακές επιταχύνσεις που έ χει το κινητό σε κάθε κίνηση. β) Να γίνει το διάγραμμα επιτάχυνσης χρόνου για όλη την κίνηση. γ) Να βρεθεί η συνολική γωνία που έχει διαγράψει ο δίσκος. δ) Ένα σημείο Α απέχει από τον άξονα περιστροφής απόσταση 0,2 m. Να βρεθεί η γραμμική ταχύτητα του Α την 1 s καθώς και την 4,5 s. [απ. 5 rad/s, 0 rad/s, 10 rad/s γ) 35 rad δ) 1 m/s, 1 m/s] 2. Από τη βάση ενός κεκλιμένου επιπέδου κλίσης 30 εκτοξεύεται προς τα πάνω τροχός ακτίνας 0,2 m με αρχική ταχύτητα 10 m/s. Ο τροχός φτάνει στην κορυφή του κεκλιμένου επιπέδου που βρίσκεται σε ύψος από το έδαφος, σταματά στιγμιαία και μετά αρχίζει να κατεβαίνει το κεκλιμένο επίπεδο. Θεωρούμε ότι η επιτάχυνση του τροχού κατά την ά νοδο είναι ίση κατά μέτρο με την επιτάχυνση που απέκτησε ο τροχός κατά την κάθοδό του και ίση με 2 m/s. Θεωρήστε ότι ο τροχός κυλίεται σε κάθε περίπτωση. Να βρεθούν: α) Ο χρόνος ανόδου. β) Το μέγιστο ύψος από το έδαφος που φτάνει ο τροχός. γ) Τη γωνία που θα διαγράψει μια ακτίνα του τροχού κατά την κάθοδό του. δ) Το διάγραμμα της γωνιακής ταχύτητας σε συνάρτηση με τον χρόνο (), για όλη την κίνηση. [απ. 5 s, 12,5 m γ) 125 rad] 3. Ο ομογενής και ισοπαχής δίσκος του σχήματος μπορεί να περιστρέφεται γύρω από σταθερό άξονα, που περνά από το κέντρο μάζας του και είναι κάθετος στο επίπεδό του. Ο δίσκος είναι αρχικά ακίνητος. Τη στιγμή 0 ξεκινά να περιστρέφεται με σταθερή γωνιακή επιτάχυνση μέτρου 2 rad/s. Τη στιγμή 4 s, o δίσκος αρχίζει να επιβραδύνεται με σταθερή γωνιακή επιτάχυνση μέτρου 4 rad/s, μέχρι να σταματήσει. α) Στο πρώτο σχήμα να σχεδιαστεί το διάνυσμα της γωνιακής ταχύτητας και το διάνυσμα της γωνιακής επιτάχυνσης του δίσκου κάποια στιγμή κατά τη διάρκεια της επιταχυνόμενης κίνησής του. β) Στο δεύτερο σχήμα να σχεδιαστούν τα διανύσματα της γωνιακής ταχύτητας και της γωνιακής επιτάχυνσης του δίσκου κάποια στιγμή κατά τη διάρκεια της επιβραδυνόμενης κίνησής του. Θεωρώντας θετική τη φορά περιστροφής: γ) Να γραφούν οι χρονικές εξισώσεις της γωνιακής ταχύτητας για όλη τη διάρκεια της κίνησης. ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 1

2 δ) Να γίνει η γραφική παράσταση για τη συνολική κίνηση. ε) Να γραφεί η χρονική εξίσωση της γωνίας στροφής στην επιταχυνόμενη κίνηση. στ) Να υπολογιστεί η γωνία στροφής Δ, κατά τη διάρκεια του 2 δευτερολέπτου της επιβραδυνόμενης κίνησης. ζ) Να βρεθεί ο συνολικός αριθμός των περιστροφών, που εκτέλεσε ο τροχός από 0 μέχρι να σταματήσει. [απ. γ) 2, 424 ε) στ) Δ 2 rad ζ) 12/ περιστροφές] 4. Οι τροχοί ενός ποδηλάτου έχουν ακτίνα 40 cm. α) Το ποδήλατο ανηφορίζει με σταθερή ταχύτητα μέτρου 0,4 m/s σε πλαγιά και οι τροχοί του κυλίονται χωρίς να ολισθαίνουν. Να βρεθεί το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας περιστροφής κάθε τροχού. Να βρεθεί το μέτρο της ταχύτητας του ανώτερου σημείου από το έδαφος κάθε τροχού. β) Το ποδήλατο φτάνει σε κατηφόρα και αρχίζει να επιταχύνεται. Η γωνιακή επιτάχυνση κάθε τροχού έχει μέτρο 2 rad/s. Να βρεθεί το μέτρο της επιτάχυνσης του κέντρου μάζας του ποδηλάτου. γ) Κατά τη διάρκεια όλης της πορείας του ποδηλάτου (ανηφόρα + κατηφόρα) κάθε τροχός έχει διαγράψει περιστροφές. Να βρεθεί το μήκος της τροχιάς που κάλυψε το ποδήλατο. [απ. α) 1 rad/s, 0,8 m/s β) 0,8 m/s γ) 1600 m] 5. Μια ράβδος ΑΒ περιστρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω από έναν σταθερό οριζόντιο άξονα που περνάει από ένα σημείο πάνω στη ράβδο. Το άκρο Α έχει γραμμική ταχύτητα που έχει μέτρο 10 m/s ενώ το άκρο Β έχει γραμμική ταχύτητα μέτρου 30 m/s. Αν το μήκος της ράβδου είναι 40 cm να βρεθούν: α) Η γωνιακή ταχύτητα της ράβδου. β) Η απόσταση που απέχει το άκρο Α της ράβδου από τον άξονα περιστροφής. γ) Η γωνία στροφής της ράβδου σε χρόνο Δ 2 s. δ) Ο αριθμός των περιστροφών της ράβδου στον παραπάνω χρόνο. [απ. α) 100 rad/s β) 0,1 m γ) 200 rad δ) στροφές] 6. Ένας τροχός που αρχικά ηρεμεί αρχίζει να περιστρέφεται με σταθερή γωνιακή επιτάχυνση γύρω από σταθερό άξονα που είναι κάθετος στο επίπεδο του και διέρχεται από το κέντρο του. Μετά από 10 s ο τροχός έχει αποκτήσει γωνιακή ταχύτητα 40 rad/s. α) Να βρεθεί η γωνιακή του επιτάχυνση. β) Να γίνει το διάγραμμα για τον τροχό έως την 10 s. γ) Να βρεθεί η γωνία που διαγράφει ο τροχός από την χρονική στιγμή 3 s έως την χρονική στιγμή 7 s. δ) Να βρεθεί ο αριθμός των περιστροφών του τροχού από την 0 έως την 10 s. [απ. α) 4 rad/s γ) 80 rad δ) στροφές] ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 2

3 7. Δύο δίσκοι οριζόντιοι Δ 1 και Δ 2 εκτελούν περιστροφική κίνηση γύρω από κατακόρυφο άξονα που περνά από το κέντρο μάζας τους. Οι δίσκοι περιστρέφονται με γωνιακή ταχύτητα που μεταβάλλεται με τον χρόνο όπως φαίνεται στο σχήμα. Ζητείται: α) Η γωνιακή επιτάχυνση που αποκτά κάθε δίσκος. β) Την 5 s πόσες περισσότερες περιστροφές έχει κάνει ο δίσκος Δ 2 από τον δίσκο Δ 1 ; γ) Ποια χρονική στιγμή οι δύο δίσκοι έχουν τον κάνει ίδιο αριθμό περιστροφών; δ) Αν οι δύο τροχοί έχουν ακτίνες, 2, να βρεθεί ποια στιγμή τα σημεία της περιφέρειας τους θα έχουν ίσες κατά μέτρο ταχύτητες. [απ. α), 2 rad/s,, 0 rad/s β), στροφές, στροφές γ) 2 s δ) 2,5 s] 8. Ένα στερεό αποτελείται από δύο κατακόρυφους ομοαξονικούς κυλίνδρους κολλημένους μεταξύ τους που έχουν ακτίνες και 2. Το στερεό μπορεί να περιστρέφεται γύρω από τον κοινό οριζόντιο άξονα των δύο κυλίνδρων σαν ένα σώμα. Στην περιφέρεια του κυλίνδρου ακτίνας έχουμε τυλίξει αβαρές μη εκτατό νήμα. Τραβάμε το νήμα οριζόντια με επιτάχυνση 3 m/s ώστε το νήμα να ξετυλίγεται και το στερεό να κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει. α) Η επιτάχυνση του κέντρου μάζας του στερεού. β) Όταν έχει ξετυλιχθεί μήκος νήματος 5 m, πόσο έχει μετακινηθεί το κέντρο μάζας του στερεού. γ) Πόση είναι η γωνιακή ταχύτητα του στερεού εκείνη τη στιγμή (αν δίνεται ότι η ακτίνα του μικρού κυλίνδρου είναι 0,1 m). δ) Να βρεθεί η ταχύτητα του υψηλότερου σημείου του στερεού εκείνη τη στιγμή. [απ. α) 2 m/s β) Δ 10 m γ) rad/s δ) 4 10 m/s] 9. Η τροχαλία του σχήματος έχει ακτίνα 20 cm και μπορεί να περιστρέφεται γύρω από σταθερό άξονα χωρίς τριβές. Από το αυλάκι της τροχαλίας είναι δεμένο με αβαρές μη εκτατό νήμα ένα σώμα Σ. Αφήνουμε ε λεύθερο το σώμα και αυτό κατεβαίνοντας αποκτά επιτάχυνση 1 m/s ενώ η τροχαλία εκτελεί στροφική κίνηση. Θεωρούμε ότι το νήμα δε γλιστράει στο αυλάκι της τροχαλίας. α) Να συγκριθούν η ταχύτητα πτώσης του Σ και η ταχύτητα λόγω στροφικής κίνησης των σημείων της περιφέρειας της τροχαλίας. β) Η γωνιακή ταχύτητα της τροχαλίας 2 s αφού αφήσουμε το σώμα ελεύθερο. γ) Όταν το σώμα έχει κατέβει κατά 8 m, πόσες στροφές θα έχει εκτελέσει η τροχαλία. ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 3

4 δ) Τη χρονική στιγμή 4 s κόβουμε το νήμα και το σώμα πλέον πέφτει με επιτάχυνση 10 m/s. Να βρεθεί η γωνία που διέγραψε η τροχαλία από τη στιγμή που κόψαμε το νήμα έως τη στιγμή που το σώμα απέχει από την τροχαλία Δ 36 m. [απ. α) ίσες β) 10 rad/s γ) στροφές δ) 40 rad] 10. Ομογενής ράβδος ΑΒ μήκους 4 m και βάρους 100 N ισορροπεί οριζόντια στηριζόμενη σε κατακόρυφο τοίχο με άρθρωση και στο σημείο της Λ σε υποστήριγμα (MΛ /4) Η ράβδος ισορροπεί οριζόντια. α) Να βρεθεί η δύναμη που δέχεται η ράβδος από το υποστήριγμα. β) Πόσο είναι το μέτρο της δύναμης που δέχεται η ράβδος από την άρθρωση. γ) Μετακινούμε το υποστήριγμα και το τοποθετούμε στο Ζ, το οποίο είναι το μέσο του ΑΜ. Πόση είναι η δύναμη που ασκεί η άρθρωση στη ράβδο; [απ. α) Ν β) N γ) 100 N] 11. Στα άκρα Α και Β της ομογενούς ράβδου μήκους 1 m έχουμε κρεμάσει δύο σώματα με μάζες 3 kg και 1 kg. Δίνεται 10 m/s. α) Αν η ράβδος είναι αβαρής, πού πρέπει να τοποθετήσουμε το υποστήριγμα έτσι ώστε το σύστημα των τριών σωμάτων να ισορροπεί; β) Αν η ράβδος έχει βάρος 60 N, πού πρέπει να τοποθετήσουμε το υποστήριγμα ώστε το σύστημα να ισορροπεί; γ) Αφαιρούμε το και από τη ράβδο κρέμεται μόνο το. Πού πρέπει να τοποθετήσουμε το υποστήριγμα για να ισορροπεί η ράβδος; Πόση είναι η δύναμη που ασκεί το υποστήριγμα στην ράβδο; [απ. α) m β) 0,6 m γ) 70 Ν] 12. Η ράβδος ΑΒ του παρακάτω σχήματος είναι ομογενής, έχει μήκος l και βάρος 100 N και ισορροπεί οριζόντια. α) Να υπολογισθεί η τάση του νήματος. ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 4

5 β) Στο σημείο Α η ράβδος εφάπτεται στον τοίχο. Αν η τριβή που δέχεται η ράβδος είναι μέγιστη δυνατή ώστε να ισορροπεί, να βρεθεί ο συντελεστής στατικής τριβής μεταξύ ράβδου και τοίχου. [απ. α) 100 Ν β) ] 13. Μια ομογενής σανίδα ΚΛ μήκους 10 m και βάρους 1200 N τοποθετείται πάνω σε μια επιφάνεια ώστε το τμήμα ΔΛ μήκους 4 m να προεξέχει της επιφάνειας. Ένας άνθρωπος βάρους 800 N ξεκινάει από το άκρο Κ και κινείται πάνω στη σανίδα με κατεύθυνση προς το Λ. α) Μέχρι ποια απόσταση από το σημείο Δ μπορεί να περπατήσει ώστε να μην ανατραπεί η σανίδα; β) Πόσο είναι η μέτρο της αντίδρασης εκείνη την στιγμή; [απ. α) 1,5 m β) 2000 N] 14. Ένας μηχανικός βάρους 800 N βρίσκεται πάνω σε μια οριζόντια ομογενή σανίδα ΑΒ, μήκους 10 m και βάρους 500 N. Η σανίδα κρέμεται από δύο κατακόρυφα σχοινιά που είναι δεμένα στα άκρα Α και Β. Όλο το σύστημα ισορροπεί οριζόντιο όπως φαίνεται στο σχήμα. α) Να βρεθούν τα μέτρα των τάσεων και των δύο σχοινιών αν 8 m ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 5

6 β) Ποια είναι η μέγιστη και ποια η ελάχιστη τιμή του μέτρου της τάση ; γ) Για ποια τιμή της απόστασης, το μέτρο της τάσης είναι ίσο με το μέτρο της τάσης ; [απ. α) , 890 N, 410 N β), 1050 N,, 250 N γ) 5 m] 15. Στο μέσο Κ της αβαρούς ράβδου ΟΒ μήκους l ασκούμε δύναμη 50 N η όποια έχει την κατεύθυνση που φαίνεται στο σχήμα. Στο σημείο Ο υπάρχει άρθρωση. Να βρεθεί η δύναμη που πρέπει να ασκείται στο άκρο Β της ράβδου έτσι ώστε η ράβδος να ισορροπεί οριζόντια. [απ. 12,5 N] 16. Η ομογενής ράβδος του σχήματος έχει βάρος 10 N και μήκος 4 m. Το ένα της άκρο αρθρώνεται σε κατακόρυφο τοίχο και το άλλο της άκρο κρέμεται από κατακόρυφο σχοινί με αποτέλεσμα να ισορροπεί οριζόντια. α) Να βρεθεί η τάση του νήματος. β) Να βρεθεί η δύναμη που δέχεται η ράβδος από την άρθρωση. Τη χρονική στιγμή 0, από το άκρο Α ξεκινάει να κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει πάνω στη ράβδο ένας κύλινδρος βάρους 10 N με επιτάχυνση 1 m/s. Ζητείται γ) Η τάση του νήματος τη χρονική στιγμή 3 s δ) Η γωνιακή ταχύτητα και η θέση του κυλίνδρου, όταν η τάση του νήματος γίνει 10N. δίνεται η ακτίνα του κυλίνδρου 0,1 m [απ. α) 5 N β) 5 Ν γ) N δ) 20 rad/s] 17. Μια οριζόντια γέφυρα έχει μήκος 8 m και βάρος N. Η γέφυρα στηρίζεται σε δυο υποστηρίγματα στα άκρα της Α και Β. Ένα όχημα βάρους N κινείται στη γέφυρα με 1 m/s. Θεωρούμε ως αρχική χρονική στιγμή 0 τη στιγμή που το όχημα φθάνει στο άκρο Α της γέφυρας. ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 6

7 α) Να βρεθεί η δύναμη που δέχεται η γέφυρα από το υποστήριγμα Α τη χρονική στιγμή 0. β) Ποια η θέση του αυτοκινήτου ώστε η ράβδος να δέχεται ίσες δυνάμεις από τα υποστηρίγματα; γ) Να γίνει το διάγραμμα της δύναμης που δέχεται η ράβδος από το υποστήριγμα Α σε συνάρτηση με τον χρόνο. [απ. α) N β) 4 m γ) ] 18. Ο δίσκος ισορροπεί με τη βοήθεια ενός νήματος παράλληλου στο κεκλιμένο επίπεδο. Αν το βάρος του δίσκου είναι 10 N και η γωνία του κεκλιμένου επιπέδου είναι 30, να βρεθούν: α) η συνισταμένη ροπή των δυνάμεων που δέχεται ο δίσκος ως προς το κέντρο του Κ. β) η δύναμη που δέχεται ο τροχός από το νήμα. γ) η στατική τριβή στον δίσκο καθώς και το μέτρο της κάθετης δύναμης που ασκεί το κεκλιμένο ε πίπεδο στο δίσκο. [απ. α) 0 β) 2,5 Ν γ) 2,5 Ν, 5 3 N 19. Η ομογενής ράβδος του σχήματος έχει μήκος 4 m, μάζα 30 kg και είναι αρθρωμένη στο άκρο της Ο. Η ράβδος ισορροπεί με τη βοήθεια νήματος, το οποίο είναι δεμένο σε σημείο Σ της ράβδου και σχηματίζει με τη ράβδο γωνία 30. Η απόσταση (ΟΣ) είναι ίση με 3 m. Να βρεθούν: α) Το μέτρο της τάσης του νήματος. β) Το μέτρο και η κατεύθυνση της δύναμης που ασκεί η άρθρωση στη ράβδο. γ) Το μέτρο και η κατεύθυνση της δύναμης που θα ασκήσει η άρθρωση στη ράβδο, αν το νήμα δεθεί σε σημείο Κ της ράβδου, τέτοιο, ώστε η απόσταση (ΟΚ) να είναι ίση με m και το νήμα να σχηματίζει την ίδια γωνία με τη ράβδο. Δίνεται: 10 m/s. [απ. α) 400 Ν β) N, εφ γ) N, εφ ] ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 7

8 20. Στα άκρα Α και Β της αβαρούς τραμπάλας του σχήματος βρίσκονται δύο παιδιά. Το παιδί που βρίσκεται στο άκρο Α έχει βάρος μέτρου 200 N, ενώ το άλλο παιδί έχει βάρος μέτρου 800 N. Το μήκος της τραμπάλας είναι 2 m. α) Να βρεθεί σε πόση απόσταση από το άκρο Α πρέπει να τοποθετηθεί στήριγμα (Σ), ώστε η τραμπάλα να ισορροπεί. β) Να βρεθεί η δύναμη στήριξης που ασκεί το στήριγμα (Σ) στην τραμπάλα. γ) Αν το παιδί που βρίσκεται στο άκρο Α σταθεί πιο κοντά στο στήριγμα (Σ), προς ποια μεριά θα ανατραπεί η τραμπάλα; [απ. α) 1,6 m β) 1000 N γ) δεξιόστροφα] 21. Μια ράβδος ομογενής ΑΒ μήκους και βάρους 100 N ισορροπεί όπως φαίνεται στο σχήμα στηριζόμενη στο άκρο της Α σε λείο τοίχο και στο άκρο της Β σε τραχύ έδαφος. Δίνεται ότι η ελάχιστη γωνία για την οποία η ράβδος δεν ολισθαίνει είναι 45 και ότι 10 m/s. α) Η κάθετη δύναμη που ασκεί το έδαφος στη ράβδο. β) Ο συντελεστής στατικής τριβής μεταξύ ράβδου εδάφους καθώς και τη δύναμη που ασκεί ο λείος τοίχος στη ράβδο. γ) Το μέτρο της δύναμης (αντίδρασης) του εδάφους στη ράβδο. [απ. α) 100 N β) 50 Ν, 0,5 γ) 50 5 N] 22. Η ράβδος ΟΒ είναι ομογενής έχει βάρος 10 N και έχει μήκος 2 m. Το ένα άκρο της Ο στηρίζεται σε τοίχο με άρθρωση, ενώ στο άλλο έχουμε δέσει νήμα το οποίο σχηματίζει γωνία 30 με το οριζόντιο επίπεδο. Πάνω στη ράβδο βρίσκεται οριζόντιο ελατήριο σταθεράς 100 Ν/m που στο ένα άκρο του έχουμε δέσει σώμα μάζας 1 kg που ισορροπεί ακίνητο. Το φυσικό μήκος του ελατηρίου είναι l 1m. Τη χρονική στιγμή 0 εκτοξεύεται το σώμα με ταχύτητα 5 m/s προς τα δεξιά, οπότε το σώμα ξεκινάει να εκτελεί γραμμική αρμονική ταλάντωση. (Υπόδειξη: Ως θετική φορά θεωρείστε τη κατεύθυνση προς τα δεξιά.). Να βρεθεί: α) Η τάση του νήματος πριν την εκτόξευση του σώματος. β) Το πλάτος της ταλάντωσης του σώματος. γ) Η τάση του νήματος και η δύναμη από την άρθρωση τη χρονική στιγμή 0,15 s. [απ. α) 20 Ν β) 0,5 m γ) 0,5 ημ 10, 15 N, 5 13 N] ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 8

9 23. Ένας ομογενής και ισοπαχής δίσκος μάζας 2 kg και ακτίνας 0,1 m μπορεί να περιστρέφεται γύρω από σταθερό άξονα, ο οποίος είναι κάθετος στο επίπεδό του και περνά από ένα σημείο Α της περιφέρειάς του. Στο αντιδιαμετρικό σημείο Β ασκείται μια δύναμη σταθερού μέτρου 3 N, η οποία είναι συνεχώς εφαπτόμενη στο δίσκο και η διεύθυνσή της είναι επάνω στο επίπεδο που ορίζει ο δίσκος. α) Να βρείτε το μέτρο της ροπής που προκαλεί η δύναμη και να σχεδιάσετε το διάνυσμά της. β) Να υπολογίσετε τη ροπή αδράνειας του δίσκου ως προς τον άξονα περιστροφής. γ) Να υπολογίσετε το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνσης με την οποία στρέφεται ο δίσκος και να σχεδιάσετε το διάνυσμά της. Δίνεται ότι η ροπή αδράνειας ομογενούς δίσκου ως προς άξονα που περνά από το κέντρο του και είναι κάθετος στο επίπεδό του, είναι. [απ. 0,6 Ν m β) 0,03 kg m γ) 20 rad/s ] 24. Ένας οριζόντιος ομογενής δίσκος μάζας 2 kg και ακτίνας 0,1 m περιστρέφεται αριστερόστροφα (δηλαδή με φορά α ντίθετη των δεικτών του ρολογιού) χωρίς τριβές με γωνιακή συχνότητα 20 rad/s, γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται από το κέντρο του. Από τη χρονική στιγμή 0 και μετά ο δίσκος δέχεται εφαπτομενικά στην περιφέρειά του δύο σταθερές κατά μέτρο δυνάμεις αριστερόστροφα και δεξιόστροφα, που τα μέτρα τους ικανοποιούν τη σχέση 5 και οι οποίες προσδίδουν στο δίσκο γωνιακή επιτάχυνση μέτρου 40 rad/s. Δίνεται η ροπή αδράνειας του δίσκου ως προς τον άξονα περιστροφής του. Να υπολογίσετε: α) τα μέτρα των δύο δυνάμεων. β) το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας τη χρονική στιγμή 2 s. Τη χρονική στιγμή καταργούμε ακαριαία τη δύναμη, οπότε ο δίσκος σταματά τη χρονική στιγμή. γ) Να υπολογίσετε τη νέα γωνιακή επιτάχυνση. δ) Να σχεδιάστε τη γραφική παράσταση γωνιακής ταχύτητας σε βαθμολογημένους άξονες, από τη χρονική στιγμή 0 έως τη χρονική στιγμή. [απ. α) 5 N, 1 N β) 100 rad/s γ) 10 rad/s ] 25. Ένας οριζόντιος ομογενής δίσκος ακτίνας 0,1 m μπορεί να περιστρέφεται χωρίς τριβές, γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται από το κέντρο του. Ο δίσκος είναι αρχικά ακίνητος και τη χρονική στιγμή 0 δέχεται εφαπτομενικά στην περιφέρειά του αριστερόστροφη δύναμη μέτρου 10 N και η οποία του προσδίδει γωνιακή επιτάχυνση μέτρου 20 rad/s. Α. Να υπολογίσετε: α) Τη ροπή αδράνειας του δίσκου ως προς τον άξονα περιστροφής του. ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 9

10 β) Τη μάζα του δίσκου. γ) Το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας του δίσκου τη χρονική στιγμή 5 s. Β. Τη χρονική στιγμή καταργούμε ακαριαία τη δύναμη. δ) Να υπολογίσετε τον αριθμό των περιστροφών που θα κάνει ο δίσκος από τη χρονική στιγμή t 1 έως τη χρονική στιγμή 15 s. Δίνεται η ροπή αδράνειας του δίσκου ως προς τον άξονα περιστροφής του. [απ. α) 0,05 kg m β) 10 kg γ) 100 rad/s δ) περιστροφές] 26. Μια ομογενής λεπτή δοκός ΚΑ, μάζας 6 kg και μήκους 2 m, μπορεί να στρέφεται σε οριζόντιο επίπεδο γύρω από έναν κατακόρυφο άξονα που διέρχεται από το άκρο της Κ. Στο άκρο Α της δοκού ασκείται οριζόντια δύναμη σταθερού 10 N κάθετα στη δοκό και η δοκός αρχίζει να περιστρέφεται αριστερόστροφα. Κατά την περιστροφή της δοκού υπάρχουν τριβές, που δημιουργούν ροπή ως προς τον άξονα περιστροφής μέτρου 4 Ν m. Να υπολογίσετε: α) Το μέτρο της συνισταμένης των ροπών, ως προς τον άξονα περιστροφής, κατά τη διάρκεια της περιστροφής της δοκού. β) Τη ροπή αδράνειας της δοκού ως προς τον άξονα περιστροφής της. γ) Το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνσης. δ) Το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του κέντρου μάζας της, όταν η δοκός έχει διαγράψει περιστροφές. Δίνεται η ροπή αδράνειας της δοκού ως προς άξονα κάθετο στη δοκό, που διέρχεται από το κέντρο μάζας της. [απ. 16 Ν m β) 8 kg m γ) 2 rad/s δ) 8 m/s] 27. Μια ομογενής ράβδος ΑΒ, μάζας 0,6 kg και μήκους 0,5 m, μπορεί να στρέφεται σε κατακόρυφο επίπεδο γύρω από έναν οριζόντιο άξονα που διέρχεται από το άκρο της Α. α) Να υπολογίσετε τη ροπή αδράνειάς της ως προς άξονα κάθετο στη ράβδο, που διέρχεται από το άκρο Α. Από την οριζόντια θέση αφήνουμε ελεύθερη τη ράβδο, να περιστραφεί γύρω απ το άκρο Α. β) Να υπολογίσετε τη γωνιακή επιτάχυνσή της τη στιγμή που την αφήνουμε ελεύθερη. γ) Να υπολογίσετε τη γωνιακή επιτάχυνσή της στη θέση όπου αυτή έχει στραφεί κατά γωνία, τέτοια ώστε συν 0,5. δ) Να υπολογίσετε το ρυθμό μεταβολής του μέτρου της γραμμικής ταχύτητας του σημείου Κ, που είναι το κέντρο μάζας cm της ράβδου, στη θέση όπου αυτή έχει στραφεί κατά γωνία, τέτοια ώστε συν 0,5. Δίνονται η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς άξονα κάθετο στην ράβδο που διέρχεται από το κέντρο μάζας της και η επιτάχυνση της βαρύτητας 10 m/s. [απ. α) 0,05 kg m β) 30 rad/s γ) 15 rad/s δ) 3,75 m/s ] ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 10

11 28. Ομογενής συμπαγής κύλινδρος ακτίνας 0,05 m, μπορεί να στρέφεται (τριβές αμελητέες) γύρω από κατακόρυφο άξονα, που συμπίπτει με τον άξονα συμμετρίας του. Στην περιφέρειά του έχουμε τυλίξει αβαρές μη ε κτατό νήμα. Τη χρονική στιγμή 0, αρχίζουμε να σύρουμε το άκρο του νήματος, ασκώντας εφαπτομενική δύναμη μέτρου 1 N. Τη χρονική στιγμή 4 s, ο κύλινδρος περιστρέφεται αριστερόστροφα και έχει αποκτήσει γωνιακή ταχύτητα μέτρου 20 rad/s. Να υπολογίσετε: α) Το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνσης του κυλίνδρου. β) Τη ροπή αδράνειας του κυλίνδρου, χωρίς να θεωρήσετε γνωστό τον τύπο της ροπής αδράνειας κυλίνδρου. γ) Το μέτρο της γωνιακής μετατόπισης του κυλίνδρου τη χρονική στιγμή 4 s. δ) Το μήκος του νήματος, που ξετυλίχθηκε μέχρι τη χρονική στιγμή 4 s, θεωρώντας ότι αυτό δεν ολισθαίνει πάνω στην επιφάνεια του κυλίνδρου. [απ. α) 5 rad/s β) 10 kg m γ) 40 rad δ) l 2 m] 29. Ο τροχός ενός αναποδογυρισμένου ποδηλάτου, αποτελείται από ομογενή στεφάνη αμελητέου πάχους, με μάζα 3 kg και ακτίνα 0,5 m, και τις ακτίνες του, μάζας 0,02 kg η καθεμία και μήκους 0,5 m. Ο τροχός στρέφεται αρχικά γύρω από τον άξονά του, στο κέντρο του, έχοντας γωνιακή ταχύτητα μέτρου 100 rad/s. Τη χρονική στιγμή 0, πατάμε το φρένο, οπότε ο τροχός ακινητοποιείται με σταθερό ρυθμό σε 2 s. Να υπολογίσετε: α) τη ροπή αδράνειας της στεφάνης ως προς άξονα κάθετο στο επίπεδό της, που διέρχεται από το κέντρο μάζας της. β) τον αριθμό των ακτινών του τροχού. γ) τον αριθμό των στροφών, που έκανε ο τροχός μέχρι να ακινητοποιηθεί. δ) το μέτρο της δύναμης της τριβής, που εφαρμόστηκε από το φρένο στη στεφάνη. Δίνονται η ροπή αδράνειας της κάθε ακτίνας ως προς κάθετο σ αυτήν άξονα διερχόμενο απ το άκρο της:, η ροπή αδράνειάς ολόκληρου του τροχού ως προς άξονα κάθετο στο επίπεδό του, που διέρχεται από τον άξονά του είναι 0,8 kg m. [απ. α) 0,75 kg m β), 5 10 kg m 30. Μια ομογενής ράβδος, μάζας 3 kg και μήκους 2 m, ισορροπεί σε οριζόντια θέση, στηριζόμενη με το αριστερό άκρο της Α σε κατακόρυφο τοίχο με άρθρωση και δεμένη στο σημείο Δ στο κάτω άκρο κατακόρυφου νήματος, του οποίου το πάνω άκρο είναι ακλόνητα στερεωμένο. Αν η τάση του νήματος είναι 20 N, να υπολογίσετε: α) την απόσταση του σημείου Δ, από το άκρο Α. β) τη δύναμη στήριξης από την άρθρωση. γ) περιστροφές δ) 80 Ν] ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 11

12 Τη χρονική στιγμή 0 κόβουμε το νήμα, οπότε η ράβδος πέφτει στρεφόμενη γύρω από την άρθρωση. Αν η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς κάθετο σ αυτήν άξονα διερχόμενο απ το κέντρο μάζας της είναι, να υπολογίσετε το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνσης της ράβδου τη στιγμή: γ) της εκκίνησης. δ) την οποία η ράβδος σχηματίζει με την αρχική θέση γωνία, τέτοια ώστε συν 0,8. Δίνεται η επιτάχυνση της βαρύτητας 10 m/s. [απ. 1,5 m β) 10 N γ) 7,5 rad/s δ) 6 rad/s ] 31. Ομογενής λεπτή ράβδος μήκους 1,5 m και μάζας 4 kg μπορεί να στραφεί χωρίς τριβές γύρω από οριζόντιο άξονα, κάθετο σε αυτήν στο άκρο της Ο. Ένα σωματίδιο, μάζας 2 kg, είναι στερεωμένο στο άλλο άκρο της Α. Αρχικά η ράβδος ισορροπεί σε οριζόντια θέση και τη χρονική στιγμή 0 αφήνεται ελεύθερη, οπότε περιστρέφεται ως προς τον άξονα στο Ο σε κατακόρυφο επίπεδο. Α. Να υπολογίσετε: α) την ολική ροπή αδράνειας του συστήματος. β) το μέτρο της συνισταμένης των ροπών, ως προς τον άξονα στο Ο τη χρονική στιγμή, που η ράβδος έχει διαγράψει γωνία, τέτοια ώστε συν 0,5. γ) το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνση τη χρονική στιγμή. Β. Να σχεδιάσετε τη γραφική παράσταση της γωνιακής επιτάχυνσης σε συνάρτηση του συνημιτόνου της γωνίας, που σχηματίζει η ράβδος με τον οριζόντιο ημιάξονα, κατά την περιστροφή της από την αρχική οριζόντια θέση έως την κατακόρυφη θέση. Δίνονται η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς άξονα κάθετο στην ράβδο, που διέρχεται από το κέντρο μάζας της και η επιτάχυνση της βαρύτητας 10 m/s. [απ. α) 7,5 kg m β) 30 Ν m γ) 4 rad/s δ) 8συν] 32. Μια ομογενής τροχαλία δίσκος, μάζας και ακτίνας 0,25 m, μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα που διέρχεται από το κέντρο της χωρίς τριβές. Στο αυλάκι της τροχαλίας έχει τυλιχθεί αβαρές μη ε κτατό νήμα, στο ελεύθερο άκρο του οποίου έχει δεθεί σώμα Σ μάζας 1 kg. Αφήνουμε το σώμα ελεύθερο να κινηθεί, οπότε διαπιστώνουμε ότι μετά από χρόνο 0,5 s έχει ξετυλιχθεί σχοινί μήκους 0,25 m. Να υπολογίσετε: α) το μέτρο της επιτάχυνσης του σώματος. β) το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνσης της τροχαλίας. γ) τη ροπή αδράνειας ως προς το κέντρο μάζας της και τη μάζα της τροχαλίας. δ) το μέτρο της δύναμης, που δέχεται η τροχαλία από τον άξονα περιστροφής της. Δίνονται η ροπή αδράνειας της τροχαλίας, ως προς τον άξονα περιστροφής της: και η επιτάχυνση της βαρύτητας 10 m/s. [απ. α) 2 m/s β) 8 rad/s γ) 0,25 kg m, 8 kg δ) 88 N] ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 12

13 33. Στο κυρτό μέρος της περιφέρειας ενός ομογενούς κυλίνδρου μικρού πάχους, έχει τυλιχτεί πολλές φορές ένα αβαρές, μη εκτατό νήμα. Σταθεροποιούμε το ελεύθερο άκρο του νήματος και αφήνουμε τον κύλινδρο να πέσει κατακόρυφα. Το νήμα ξετυλίγεται και ο κύλινδρος εκτελεί σύνθετη κίνηση: μετατοπίζεται κατακόρυφα προς τα κάτω και περιστρέφεται γύρω από ένα νοητό οριζόντιο άξονα, που περνά από το κέντρο του. Σε όλη τη διάρκεια της κίνησης του κυλίνδρου το νήμα παραμένει κατακόρυφο. α) Να αποδείξετε ότι η επιτάχυνση του κέντρου μάζας του κυλίνδρου και η γωνιακή επιτάχυνσή του συνδέονται με τη σχέση:. Να υπολογίσετε: β) τη γωνιακή επιτάχυνση του κυλίνδρου καθώς και την επιτάχυνση του κέντρου μάζας του. γ) την τάση του νήματος. δ) το μήκος του νήματος, που έχει ξετυλιχτεί όταν ο κύλινδρος έχει αποκτήσει γωνιακή ταχύτητα 75 rad/s. Δίνονται: η μάζα του κυλίνδρου 0,09 kg, η ακτίνα του 10 m, η ροπή αδράνειάς του ως προς το κέντρο μάζας του και η επιτάχυνση της βαρύτητας 10 m/s. [απ. β) m/s, 250 rad/s γ) 0,3 Ν δ) 0,3 m] 34. Μια μπάλα, μάζας m και ακτίνας, αφήνεται από την κορυφή κεκλιμένου επιπέδου, γωνίας κλίσης, οπότε κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει προς τη βάση του κεκλιμένου επιπέδου. α) Να σχεδιάσετε τις δυνάμεις, που ασκούνται στη μπάλα και να αιτιολογήσετε το σχεδιασμό της στατικής τριβής. Να υπολογίσετε: β) το μέτρο της επιτάχυνσης του κέντρου μάζας της μπάλας. γ) το μέτρο της στατικής τριβής, αν η μάζα της μπάλας είναι 0,5 kg. δ) τις επιτρεπτές τιμές του συντελεστή στατικής τριβής για τις οποίες η μπάλα μπορεί να κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει. Δίνονται ότι ημ 0,5, συν 0,87 και η επιτάχυνση της βαρύτητας 10 m/s, η μπάλα θεωρείται κοίλη σφαίρα με ροπή αδράνειας ως προς άξονα διερχόμενο από το κέντρο μάζας της:. [απ. β) 3 m/s γ) 1 Ν δ) 0,23] 35. Η διπλή τροχαλία του σχήματος αποτελείται από δύο ενωμένους ομόκεντρους δίσκους, που μπορούν να περιστρέφονται ενιαία γύρω από οριζόντιο άξονα περιστροφής, που διέρχεται από το κέντρο τους. Η α κτίνα του εξωτερικού δίσκου είναι 0,2 m και του εσωτερικού 0,1 m. Η ροπή αδράνειας της διπλής τροχαλίας ως προς τον ά ξονα περιστροφής της είναι 0,6 kg m. Στα αυλάκια, που φέρουν οι δύο δίσκοι είναι τυλιγμένα δύο λεπτά αβαρή μεγάλου μήκους και μη εκτατά νήματα, στα κάτω άκρα των οποίων είναι δεμένα δύο σώματα Σ 1 και Σ 2, με μάζες 40 kg και 30 kg αντίστοιχα. Τα ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 13

14 σώματα συγκρατούνται αρχικά στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο και τη χρονική στιγμή 0, αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο, οπότε αρχίζει να περιστρέφεται χωρίς τα νήματα να ολισθαίνουν στα αυλάκια των δίσκων. α) Να βρείτε αν το σύστημα θα περιστραφεί δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα. β) Να υπολογίσετε: β1) το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνσης της τροχαλίας. β2) το μέτρο της δύναμης στήριξης της τροχαλίας από τον άξονα, αν η μάζα της τροχαλίας είναι 45 kg. β3) την κατακόρυφη απόσταση των σωμάτων, σε χρόνο 2 s. Δίνεται η επιτάχυνση βαρύτητας 10 m/s. [απ. α) αριστερόστροφα β) 20 rad/s, 1050 N, 12 m] 36. Ομογενής κύλινδρος μάζας 2 kg και ακτίνας 0,2 m κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει και χωρίς παραμόρφωση σε οριζόντιο δάπεδο (Α) με ταχύτητα μέτρου 2 m/. Τη χρονική στιγμή 0 ο κύλινδρος δέχεται οριζόντια δύναμη μέτρου 6 N, που ασκείται στο κέντρο μάζας του. Ο κύλινδρος συνεχίζει να κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει και μετά την άσκηση της δύναμης. α) Να σχεδιάσετε τη στατική τριβή που δέχεται ο κύλινδρος από το δάπεδο, σε κατάλληλο σχήμα και να δικαιολογήσετε τη φορά της. β) Να υπολογίσετε το μέτρο: β1) της στατικής τριβής. β2) της επιτάχυνσης του κέντρου μάζας καθώς και της γωνιακής επιτάχυνσης του κυλίνδρου. β3) της γωνιακής ταχύτητας του κυλίνδρου τη χρονική στιγμή 4 s. γ) Στη συνέχεια τη χρονική στιγμή 4 s, ο κύλινδρος εισέρχεται σε λείο δάπεδο (Β), το οποίο είναι συνέχεια του προηγούμενου. Τη χρονική στιγμή 10 s, να υπολογίσετε την ταχύτητα του σημείου του κυλίνδρου, που είναι εκείνη τη στιγμή σ επαφή με το λείο δάπεδο. Δίνεται η ροπή αδράνειας ομογενούς κυλίνδρου ως προς άξονά του: [απ. β) 2 Ν, 10 rad/s, 2 m/s, 50 rad/s γ) 18 m/s] 37. Ένας ομογενής δίσκος, μάζας 2 kg και ακτίνας 0,3 m, που βρίσκεται σε οριζόντιο δάπεδο, φέρει στην περιφέρειά του αυλάκι, στο οποίο έχουμε τυλίξει αβαρές και μη εκτατό νήμα. Τη χρονική στιγμή 0, ασκούμε στο δίσκο μέσω του νήματος σταθερή κατακόρυφη δύναμη μέτρου 9 N. Καθώς ξετυλίγεται το νήμα χωρίς να ολισθαίνει στο αυλάκι του δίσκου, ο δίσκος κυλίεται επίσης χωρίς να ολισθαίνει και χωρίς παραμόρφωση, πάνω σε οριζόντιο δάπεδο. α) Να σχεδιάσετε τη στατική τριβή που δέχεται ο δίσκος από το δάπεδο, σε κατάλληλο σχήμα και να δικαιολογήσετε τη φορά της. β) Να υπολογίσετε: β1) το μέτρο της στατικής τριβής, που δέχεται ο δίσκος. β2) το μέτρο της επιτάχυνσης του κέντρου μάζας καθώς και το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνσης του δίσκου. β3) το μήκος του νήματος, που έχει ξετυλιχτεί από τη στιγμή 0, μέχρι τη στιγμή t 1, κατά την οποία το ανώτερο σημείο του δίσκου έχει αποκτήσει ταχύτητα 12 m/s. ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 14

15 Δίνεται η ροπή αδράνειας του δίσκου ως προς άξονά του:. [απ. β) 6 Ν, 10 rad/s, 3 m/s, 6 m] 38. Γύρω από ένα ομογενή δίσκο, ακτίνας, μάζας 2 kg και ροπής αδράνειας, είναι τυλιγμένο αβαρές νήμα, μέσω του οποίου, τη χρονική στιγμή 0, ασκούμε στο ανώτερο σημείο Γ οριζόντια δύναμη σταθερού μέτρου 6 N. Ο τροχός κυλίεται χωρίς παραμόρφωση σε οριζόντιο δάπεδο, που έχει τέτοια τιμή συντελεστή στατικής τριβής, ώστε οριακά να αποφεύγεται η ολίσθηση. Να υπολογίσετε: α) το μέτρο της επιτάχυνσης του κέντρου μάζας Ο. β) το μέτρο της επιτάχυνσης του ανώτερου σημείου Γ. γ) τη δύναμη της στατικής τριβής, που δέχεται ο δίσκος από το δάπεδο. δ) το συντελεστή στατικής τριβής. [α) 4 m/s β) 8 m/s γ) 2 Ν δ) 0,1] 39. Ένας κύλινδρος ακτίνας έχει μάζα 4 kg. Στο εσωτερικό του υπάρχει μία κυλινδρική εγκοπή, ακτίνας /3 πολύ μικρού πάχους, στην οποία έχουμε τυλίξει αβαρές μη εκτατό νήμα. Τη χρονική στιγμή 0, στο άκρο του νήματος και πάνω από το κέντρο μάζας, ασκείται σταθερή οριζόντια δύναμη 9 N, όπως φαίνεται στο σχήμα. Έτσι ο κύλινδρος κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο. Θεωρήστε τον κύλινδρο ομογενή με ροπή αδράνειας ως προς τον άξονά του. Να υπολογίσετε: α) το μέτρο της επιτάχυνσης του κέντρου μάζας του κυλίνδρου. β) το μέτρο της στατικής τριβής, που δέχεται ο κύλινδρος από το οριζόντιο επίπεδο και να την σχεδιάσετε σε κατάλληλο σχήμα. γ) το μέτρο της οριζόντιας επιτάχυνσης του σημείου επαφής Γ νήματος κυλίνδρου. δ) το μήκος του νήματος, που ξετυλίχτηκε, έως τη χρονική στιγμή 3 s. [α) 2 m/s β) 1 Ν γ) m/s δ) 3 m] 40. Ένα σύστημα διπλής τροχαλίας αποτελείται από δύο ο μογενείς λεπτούς δίσκους Α και Β με ακτίνες 0,2 m και 0,1 m αντίστοιχα. Το σύστημα μπορεί να περιστρέφεται γύρω από οριζόντιο σταθερό άξονα, που περνά από το κέντρο του και είναι κάθετος στο επίπεδό του. Ο άξονας αυτός, αποτελεί μέρος άρθρωσης, με την οποία το σύστημα είναι στερεωμένο α κλόνητα στην οροφή, όπως φαίνεται στο σχήμα. Γύρω από τους δίσκους είναι τυλιγμένα αβαρή νήματα, τα ο ποία δεν ολισθαίνουν πάνω στους δίσκους. Στις ελεύθερες άκρες των νημάτων των τροχαλιών Α και Β έχουν δεθεί σώματα Σ1, Σ2, με μάζες 2 kg και 1 kg αντίστοιχα. Το σώμα Σ2 βρίσκεται πάνω σε λείο οριζόντιο επίπεδο. Τη χρονική στιγμή 0 το σύστημα αφήνεται ελεύθερο να κινηθεί. α) Να σχεδιάσετε τις δυνάμεις που ασκούνται στη διπλή τροχαλία και στα σώματα Σ1,Σ2. ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 15

16 β) Να γράψετε και να εφαρμόσετε το θεμελιώδη νόμο στροφικής κίνησης για την τροχαλία και το θεμελιώδη νόμο της μηχανικής για τη μεταφορική κίνηση των σωμάτων Σ1,Σ2.(Δε ζητείται αριθμητική αντικατάσταση) γ) Να βρείτε τις σχέσεις που συνδέουν τη γωνιακή επιτάχυνση της τροχαλίας με τις μεταφορικές επιταχύνσεις των σωμάτων Σ1, Σ2. δ) Να υπολογίσετε το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνσης της διπλής τροχαλίας και να δείξετε την κατεύθυνσή της στο σχήμα. Η ροπή αδράνειας της διπλής τροχαλίας ως προς τον άξονα περιστροφής της είναι 0,01 kg m Δίνεται: 10 m/s. [απ. 40 rad/s] 41. Ένας ομογενής και συμπαγής κύλινδρος μάζας 2 kg και ακτίνας 0,2 m αφήνεται να κυλίσει κατά μήκος ενός πλάγιου επιπέδου γωνίας κλίσης, με ημ 0,6, όπως φαίνεται στο σχήμα: Ο κύλινδρος κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει. α) Να υπολογίσετε το μέτρο της επιτάχυνσης του κέντρου μάζας του κυλίνδρου καθώς αυτός κυλίεται. β) Να υπολογίσετε το μέτρο της δύναμης της στατικής τριβής που ασκείται στον κύλινδρο από το πλάγιο επίπεδο. γ) Να βρείτε το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας του κυλίνδρου όταν το κέντρο μάζας του μετατοπιστεί 8m από το σημείο που αυτός αφέθηκε ελεύθερος. Δίνονται: Η ροπή αδράνειας του κυλίνδρου ως προς τον άξονά του και η επιτάχυνση της βαρύτητας 10 m/s. [απ. α) 4 m/s β) 4 Ν γ) 40 rad/s] 42. Δύο σώματα Σ 1 και Σ 2, με μάζες 3 kg και 1 kg αντίστοιχα, συνδέονται με αβαρές μη εκτατό νήμα, που είναι τυλιγμένο σε ομογενή δίσκο τροχαλίας, ακτίνας 0,25 m και μάζας 2 kg. Τα σώματα συγκρατούνται αρχικά στο ίδιο οριζόντιο ε πίπεδο. Τη χρονική στιγμή 0, αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο, οπότε αρχίζει περιστρέφεται χωρίς το νήμα να ολισθαίνει στην τροχαλία. α) Να βρείτε αν το σύστημα θα περιστραφεί δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα. β) Να υπολογίσετε τα μέτρα της επιτάχυνσης των σωμάτων. γ) Να υπολογίσετε τα μέτρα των τάσεων, που ασκεί το νήμα στα δύο σώματα. δ) Να υπολογίσετε το μέτρο της δύναμης στήριξης της τροχαλίας από τον άξονα. ε) Να υπολογίσετε το μήκος του νήματος, που ξετυλίγεται απ την τροχαλία, σε χρόνο 2 s. Δίνονται g=10m/s 2 και η ροπή αδράνειας της τροχαλίας ως προς τον άξονα περιστροφής της:. [απ. αριστερόστροφα β) 4 m/s γ) 18 Ν, 14 Ν δ) 52 N ε) 8 m] ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 16

17 43. Σφαίρα ακτίνας και μάζας εκτοξεύεται προς τα πάνω από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου, γωνίας κλίσης 30, με αρχική ταχύτητα 10 m/s και κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει. Να υπολογίσετε: α) Το μέτρο της επιτάχυνσης του κέντρου μάζας της σφαίρας. β) Το μέτρο της στατικής τριβής, αν η μάζα της σφαίρας είναι 1,4 kg. γ) Τη χρονική διάρκεια και τη μετατόπιση της σφαίρας μέχρι να σταματήσει στιγμιαία. δ) Για ποιες τιμές του συντελεστή στατικής τριβής, η σφαίρα κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει. Δίνονται για τη σφαίρα: η επιτάχυνση της βαρύτητας 10 m/s. [απ. α) 44. Ο ομογενής και ισοπαχής δίσκος του σχήματος έχει ακτίνα 1 m, μάζα 2 kg και μπορεί να περιστρέφεται γύρω από κατακόρυφο σταθερό ά ξονα, που περνά από το κέντρο του και είναι κάθετος στο επίπεδό του. Η ροπή αδράνειας του δίσκου ως προς άξονα που περνά από το κέντρο του και είναι κάθετος στο επίπεδό του, δίνεται από τον m/s β) 2 Ν γ) 2,8 s δ) ] τύπο:. Αρχικά, ο δίσκος περιστρέφεται όπως φαίνεται στο πρώτο σχήμα, με γωνιακή ταχύτητα μέτρου 2 rad/s. Με την άσκηση κατάλληλης σταθερής ροπής, επιτυγχάνεται η αναστροφή της φοράς περιστροφής του δίσκου. Μετά από χρονικό διάστημα Δ 10 s η νέα γωνιακή ταχύτητα περιστροφής έχει ίσο μέτρο με την αρχική. α) να σχεδιάσετε τα διανύσματα. και. της αρχικής και τελικής στροφορμής του δίσκου στα παρακάτω σχήματα και να υπολογίσετε τα μέτρα τους. β) να σχεδιάσετε στο δεύτερο σχήμα το διάνυσμα Δ της μεταβολής της στροφορμής και να υπολογίσετε το μέτρο της. γ) να σχεδιάσετε στο πρώτο σχήμα το διάνυσμα της σταθερής ροπής που ασκήθηκε στο δίσκο και να υπολογίσετε το μέτρο της. [απ. β) Δ 4 kg m /s γ) 0,4 Ν m] 45. Ένας ακίνητος οριζόντιος τροχός μπορεί να στρέφεται χωρίς τριβές γύρω από σταθερό κατακόρυφο άξονα. Ο τροχός έχει ροπή αδράνειας 5 kg m και τη χρονική στιγμή 0 δέχεται τη δράση σταθερής ροπής 100 N m για χρονικό διάστημα Δ 10 s, η οποία μετά καταργείται. Να βρείτε: α) τη γωνιακή επιτάχυνση που απέκτησε ο τροχός. β) τη στροφορμή του τροχού τη στιγμή 10 s. γ) το ρυθμό μεταβολής της στροφορμής για το χρονικό διάστημα 0 15 s. δ) τη γωνιακή ταχύτητα του τροχού τη χρονική στιγμή 15 s. [απ. α) 20 rad/s β) 1000 kg m /s γ) 100 N m δ) 200 rad/s] ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 17

18 46. Μια οριζόντια ομογενής ράβδος AB, μήκους 1 m, μάζας 5 kg που έχει στα άκρα της στερεωμένες δύο σημειακές μάζες 1 kg μπορεί να στρέφεται γύρω από κατακόρυφο άξονα που περνά από το μέσον της. Το σύστημα ενώ στρέφεται αντίθετα από τους δείκτες του ρολογιού με γωνιακή ταχύτητα 16 rad/s δέχεται τη χρονική στιγμή 0 την επίδραση σταθερής εξωτερικής ροπής που το σταματά μετά από 2 s. Να βρείτε: α) τη ροπή αδράνειας του συστήματος. β) την αρχική στροφορμή του συστήματος τη χρονική στιγμή 0. γ) το μέτρο της εξωτερικής ροπής που ασκήθηκε στο σύστημα και να σχεδιάσετε το διάνυσμά της. δ) τον αριθμό περιστροφών του συστήματος μέχρι να μηδενιστεί η στροφορμή του. Δίνεται η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς άξονα που είναι κάθετος σε αυτή και διέρχεται από το κέντρο μάζας της. [απ. α) kg m β) kg m /s γ) Ν m δ) στροφές] 47. Μία ομογενής ράβδος μήκους l 1 m και μάζας 1 kg ισορροπεί σε οριζόντιο επίπεδο. Η ράβδος μπορεί να περιστρέφεται γύρω από σταθερό κατακόρυφο άξονα που διέρχεται από το κέντρο της K. Ένα σφαιρίδιο μάζας 0,1 kg που εκτελεί τμήμα κυκλικής τροχιάς, ακτίνας l/2, με κέντρο το σημείο K και κινείται πάνω στο οριζόντιο ε πίπεδο προσπίπτει οριζόντια με ταχύτητα 10 m/s, κάθετα στη ράβδο, στο ένα άκρο της και ενώνεται μ αυτήν. Η κρούση γίνεται τη χρονική στιγμή 0. Να βρείτε: α) τη στροφορμή του σφαιριδίου ελάχιστα πριν συγκρουστεί με τη ράβδο. β) την γωνιακή ταχύτητα του συστήματος ράβδου σφαιριδίου αμέσως μετά την κρούση. γ) το κλάσμα της κινητικής ενέργειας που χάνει το σφαιρίδιο κατά την κρούση. δ) πόση σταθερή ροπή αντίστασης (κατά μέτρο) πρέπει να ασκηθεί στο σύστημα ράβδου σφαιριδίου σώματος ώστε αυτό να σταματήσει να περιστρέφεται μετά από χρονικό διάστημα 2 s. Δίνεται η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς άξονα που είναι κάθετος σε αυτήν και διέρχεται από το μέσον της,. [απ. 0,5 kg m /s β) rad/s γ) δ) 0,25 Ν m] ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 18

19 48. Δύο σημειακές σφαίρες που η καθεμιά έχει μάζα 0,1 kg συνδέονται μεταξύ τους με ο ριζόντια αβαρή ράβδο. Το σύστημα περιστρέφεται γύρω από κατακόρυφο άξονα, ο οποίος τέμνει τη ράβδο σε σημείο που απέχει από τη μία μάζα 1 m και από την άλλη 2 2 m. Το σύστημα στρέφεται με γωνιακή ταχύτητα 10 rad/s αντίθετα από τη φορά κίνησης των δεικτών του ρολογιού. α) Να βρεθεί η ροπή αδράνειας του συστήματος. β) Να υπολογιστεί η στροφορμή του συστήματος. γ) Να σχεδιαστεί το διάνυσμα της στροφορμής του συστήματος. [απ. α) 0,5 kg m β) 5 kg m /s] 49. Ένας άνθρωπος μάζας 60 kg στέκεται ακίνητος στην περιφέρεια ακίνητης οριζόντιας πλατφόρμας μάζας 160 kg και ακτίνας 1,5 m. Η πλατφόρμα μπορεί να περιστρέφεται χωρίς τριβές γύρω από κατακόρυφο ά ξονα που διέρχεται από το κέντρο της. Την στιγμή 0, o άνθρωπος αρχίζει να τρέχει πάνω στην περιφέρεια της πλατφόρμας, με ταχύτητα σταθερού μέτρου, 2 m/s ως προς το έδαφος, κινούμενος αντίθετα από τη φορά των δεικτών του ρολογιού. α) Να βρεθεί το μέτρο και η κατεύθυνση της στροφορμής του ανθρώπου. Να σχεδιαστεί το διάνυσμα της στροφορμής του. Ο άνθρωπος μπορεί να θεωρηθεί σημειακό αντικείμενο. β) Θα κινηθεί η πλατφόρμα; Αν ναι, με ποια γωνιακή ταχύτητα και προς ποια κατεύθυνση; γ) Μετά από πόσο χρονικό διάστημα ο άνθρωπος θα ξαναβρεθεί στη θέση της πλατφόρμας από την οποία ξεκίνησε; Δίνεται η ροπή αδράνειας της πλατφόρμας ως προς άξονα που είναι κάθετος σ αυτήν και διέρχεται από το κέντρο της,. [απ. α) 180 kg m /s β) 1 rad/s γ), s] ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 19

20 50. Οριζόντιος ομογενής δίσκος (1) μάζας 1 kg και ακτίνας 0,1 m, περιστρέφεται με γωνιακή ταχύτητα μέτρου 10 rad/s κατά τη φορά της κίνησης των δεικτών του ρολογιού. Δεύτερος, όμοιος δίσκος (2) περιστρέφεται με γωνιακή ταχύτητα μέτρου 5 rad/s με φορά αντίθετη από αυτήν της κίνησης των δεικτών του ρολογιού, γύρω από τον ίδιο κατακόρυφο άξονα που διέρχεται από τα κέντρα και των δύο δίσκων και είναι κάθετος σε αυτούς. α) Να σχεδιάσετε τις στροφορμές των δύο δίσκων ως προς τον κοινό άξονα περιστροφής και να υπολογίσετε τα μέτρα τους. β) Τη χρονική στιγμή 0 ο δίσκος 1 αφήνεται πάνω στο δίσκο 2, οπότε λόγω τριβών οι δύο δίσκοι αποκτούν την ίδια γωνιακή ταχύτητα. Να υπολογιστεί η κοινή γωνιακή τους ταχύτητα. γ) Από τη στιγμή που οι δίσκοι έρχονται σε επαφή, μέχρι να αποκτήσουν την ίδια γωνιακή ταχύτητα πέρασε χρόνος Δ 0,1 s. Να υπολογίσετε το μέτρο της σταθερής ροπής της τριβής που ασκήθηκε σε κάθε δίσκο στο χρονικό διάστημα αυτό. Δίνεται η ροπή αδράνειας ενός δίσκου ως προς άξονα που είναι κάθετος σε αυτόν και διέρχεται από το κέντρο μάζας του,. [απ α) 0,05 kg m /s, 0,025 kg m /s β) 2,5 rad/s γ) 0,375 Ν m] 51. Ένας τροχός μάζας 2 kg και ακτίνας 0,4 m στρέφεται σε οριζόντιο επίπεδο με γωνιακή ταχύτητα μέτρου 20 rad/s γύρω από κατακόρυφο άξονα ΟΑ που περνάει από το κέντρο του τροχού (βλέπε σχήμα). Ασκώντας στο σημείο Α κατάλληλη δύναμη στρέφουμε τον άξονα περιστροφής αρχικά κατά 90 και στη συνέχεια κατά 180 σε σχέση με την αρχική του θέση χωρίς να μεταβάλλουμε το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας του τροχού. ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 20

21 α) Να βρείτε το μέτρο της μεταβολής της στροφορμής του τροχού για τη γωνία στροφής των 90. β) Να βρείτε το μέτρο της μεταβολής της στροφορμής του τροχού για τη γωνία στροφής των 180. γ) Να σχεδιάσετε και στις δύο περιπτώσεις το διάνυσμα της μέσης ροπής που ασκήθηκε στον τροχό. δ) Να βρείτε το μέτρο της μέσης ροπής που προκάλεσε την στροφή του άξονα περιστροφής κατά 180, αν η χρονική διάρκεια της στροφής είναι Δ 2 s. Θεωρούμε ότι όλη η μάζα του τροχού είναι συγκεντρωμένη στην περιφέρειά του. [απ. α) Δ 6,4 2 kg m /s β) Δ 12,8 kg m /s δ) 6,4 N m] 52. Δύο σημειακές μεταλλικές σφαίρες από σιδηρομαγνητικό υλικό, που η καθεμιά έχει μάζα 0,05 kg είναι τοποθετημένες σε μια πλαστική κούφια αβαρή ράβδο, μήκους 1 m με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να κινούνται χωρίς τριβές πάνω σε αυτή. Στο μέσον της ράβδου και εσωτερικά είναι τοποθετημένος ένας αβαρής ηλεκτρομαγνήτης τον οποίο μπορούμε να ενεργοποιούμε από απόσταση. Το σύστημα μπορεί να στρέφεται στο οριζόντιο επίπεδο γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται από το κέντρο της ράβδου. Αρχικά ο ηλεκτρομαγνήτης είναι απενεργοποιημένος, το σύστημα στρέφεται με συχνότητα Hz και οι σφαίρες βρίσκονται στα άκρα της ράβδου συγκρατούμενες με λεπτό αβαρές νήμα που διατρέχει την κούφια ράβδο. Ενεργοποιούμε τον ηλεκτρομαγνήτη οπότε οι σφαίρες μετακινούνται ταυτόχρονα και πλησιάζουν σε απόσταση l η καθεμιά από το μέσον της ράβδου Ο, όπου και σταματούν με τη βοήθεια κατάλληλου μηχανισμού. α) Να υπολογιστεί η αρχική ροπή αδράνειας του συστήματος. β) Να υπολογιστεί η αρχική στροφορμή του συστήματος. γ) Να υπολογιστεί η νέα συχνότητα περιστροφής του συστήματος. δ) Πόσο τοις εκατό θα μεταβληθεί η συχνότητα περιστροφής του συστήματος μετά τη μετακίνηση των σφαιρών; [απ. 2,5 10 kg m β) 0,5 kg m /s γ) Hz δ) 300%] 53. Το γιο γιο του σχήματος αποτελείται από ομογενή συμπαγή κύλινδρο που έχει μάζα 0,12 kg και ακτίνα 1,510 m. Γύρω από τον κύλινδρο έχει τυλιχτεί νήμα. Τη χρονική στιγμή 0 αφήνουμε τον κύλινδρο να πέσει. Το νήμα ξετυλίγεται και ο κύλινδρος περιστρέφεται γύρω από νοητό οριζόντιο άξονα, ο οποίος ταυτίζεται με τον άξονα συμμετρίας του. Το νήμα σε όλη τη διάρκεια της κίνησης του κυλίνδρου παραμένει κατακόρυφο και τεντωμένο και δεν ο λισθαίνει στην περιφέρεια του κυλίνδρου. Τη στιγμή που έχει ξετυλιχθεί νήμα μήκους l 20, η ταχύτητα του κέντρου μάζας του κυλίνδρου είναι 2 m/s. α) Να υπολογίσετε τη ροπή αδράνειας του κυλίνδρου ως προς τον άξονα περιστροφής του με εφαρμογή του δεύτερου νόμου του Νεύτωνα για τη στροφική κίνηση. ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 21

22 β) Να υπολογίσετε το μέτρο του ρυθμού μεταβολής της στροφορμής του κυλίνδρου, καθώς αυτός κατέρχεται. γ) Τη χρονική στιγμή που η ταχύτητα του κέντρου μάζας του κυλίνδρου είναι 2 m/s, κόβουμε το νήμα. Να υπολογίσετε το μέτρο της στροφορμής του κυλίνδρου ως προς τον άξονα περιστροφής του μετά την πάροδο χρόνου 0,8 s από τη στιγμή που κόπηκε το νήμα. δ) Να κάνετε σε βαθμολογημένους άξονες το διάγραμμα του μέτρου της στροφορμής σε συνάρτηση με το χρόνο από τη χρονική στιγμή 0, μέχρι τη χρονική στιγμή που αντιστοιχεί σε χρόνο 0,8 s από τη στιγμή που κόπηκε το νήμα. Δίνεται 10 m/s. [απ. α) 13,5 10 kg m β) 6 10 kg m /s γ) kg m /s] 54. Η κυκλική περιστρεφόμενη πλατφόρμα μιας παιδικής χαράς έχει ακτίνα 1,5 m, μάζα 40 kg και μπορεί να περιστρέφεται χωρίς τριβές γύρω από κατακόρυφο άξονα που περνά από το κέντρο της. Στο κέντρο της πλατφόρμας βρίσκεται ένα κορίτσι μάζας 30 kg και το σύστημα πλατφόρμα κορίτσι περιστρέφεται με γωνιακή ταχύτητα 2,5 rad/s. Κάποια στιγμή το κορίτσι αρχίζει να περπατά προς την περιφέρεια της πλατφόρμας. Να βρείτε: α) τη ροπή αδράνειας του συστήματος πλατφόρμα κορίτσι όταν το κορίτσι βρίσκεται στην περιφέρεια της πλατφόρμας. β) τη γωνιακή ταχύτητα του συστήματος, όταν το κορίτσι φτάσει στην περιφέρεια της πλατφόρμας. γ) την κεντρομόλο δύναμη που δέχεται το κορίτσι όταν φτάσει στην περιφέρεια της πλατφόρμας. δ) την ελάχιστη τιμή που πρέπει να έχει ο συντελεστής τριβής μεταξύ δαπέδου και παπουτσιών για να μπορεί το κορίτσι να περιστρέφεται χωρίς να κρατιέται όταν βρίσκεται στην περιφέρεια της πλατφόρμας. Δίνεται η ροπή αδράνειας της πλατφόρμας ως προς άξονα που είναι κάθετος σε αυτήν και διέρχεται από το μέσον της,. Για τον υπολογισμό της ροπής αδράνειας το κορίτσι να θεωρηθεί υλικό σημείο. [απ. α) 112,5 kg m β) 1 rad/s γ) 45 N δ) 0,15] 55. Ένα γιο γιο αποτελείται από κύλινδρο μάζας 0,1 kg και ακτίνας 1/15 m, γύρω από τον οποίο είναι τυλιγμένο αβαρές νήμα. Κρατάμε ακίνητο το ελεύθερο άκρο του νήματος και αφήνουμε τον κύλινδρο να πέσει. Αυτός εκτελεί σύνθετη κίνηση κινούμενος κατακόρυφα χωρίς να ολισθαίνει. Να βρείτε: α) τη γωνιακή επιτάχυνση του κυλίνδρου καθώς κατέρχεται. β) το ρυθμό αύξησης της στροφορμής του κυλίνδρου καθώς κατέρχεται. γ) την στροφορμή του κυλίνδρου όταν έχει ξετυλιχτεί νήμα μήκους l 30 cm. δ) την ταχύτητα του χαμηλότερου σημείου του δίσκου, τη στιγμή που έχει ξετυλιχτεί νήμα μήκους l 30 cm. Δίνεται η ροπή αδράνειας ομογενούς κυλίνδρου ως προς άξονα που διέρχεται από το κέντρο του, και 10 m/s. [απ. α) 100 rad/s β) N m γ) S. I. δ) 2 2 m/s, 45 ] ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 22

23 56. Συμπαγής και ομογενής τροχός μάζας 10 kg και ακτίνας 0,2 κυλίεται ανερχόμενος κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου γωνίας κλίσης 30. Τη χρονική στιγμή 0 το κέντρο μάζας του τροχού έχει ταχύτητα μέτρου 10 m/s. Να υπολογίσετε: α) το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας και το μέτρο της στροφορμής του τροχού τη χρονική στιγμή 0. β) την επιτάχυνση του κέντρου μάζας του τροχού καθώς ανέρχεται. γ) το ρυθμό μεταβολής της στροφορμής του τροχού καθώς ανέρχεται. δ) την ταχύτητα του κέντρου μάζας του τροχού, όταν αυτός ανερχόμενος έχει διαγράψει περιστροφές. Δίνεται η ροπή αδράνειας ομογενούς κυλίνδρου ως προς άξονα που διέρχεται από το κέντρο του και 10 m/s. [απ. α) 50 rad/s 10 kg m /s β) m/s kg m /s δ) 8 m/s] γ) 57. Η κυκλική εξέδρα μιας παιδικής χαράς έχει ακτίνα 1 m, μάζα 80 kg, είναι ακίνητη και μπορεί να στρέφεται χωρίς τριβές γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται από το κέντρο μάζας της. Ένα αγόρι μάζας 20 kg ενώ τρέχει στο έδαφος γύρω γύρω έξω από την εξέδρα με ταχύτητα μέτρου 3 m/s, ξαφνικά πηδάει στην περιφέρεια της εξέδρας και μένει εκεί χωρίς να ολισθήσει. Να βρείτε: α) τη γωνιακή ταχύτητα του συστήματος, όταν το αγόρι ανέβει στην περιφέρεια της εξέδρας. β) τη δύναμη της στατικής τριβής που ασκείται στο αγόρι, αν στέκεται στη περιφέρεια της εξέδρας χωρίς να κρατιέται από τα στηρίγματα. γ) τη σταθερή εξωτερική δύναμη που πρέπει να ασκήσουμε εφαπτομενικά στην εξέδρα, ώστε αυτή να σταματήσει να περιστρέφεται μετά από χρόνο 3 s. δ) πόσες περιστροφές έκανε η εξέδρα στο χρονικό διάστημα των 3 s. Δίνεται η ροπή αδράνειας ομογενούς κυλίνδρου ως προς άξονα που διέρχεται από το κέντρο του,. [απ. α) 1 rad/s β) 20 Ν γ) 20 N δ), περιστροφές] 58. Μία κατακόρυφη ράβδος μάζας 3 kg και μήκους 1 m, μπορεί να περιστρέφεται στο κατακόρυφο ε πίπεδο γύρω από οριζόντιο άξονα που διέρχεται από το πάνω άκρο της και είναι κάθετος σε αυτή. Εκτρέπουμε τη ράβδο από τη θέση ισορροπίας της και την αφήνουμε ελεύθερη. Τη στιγμή που περνάει από την κατακόρυφη θέση, το κάτω άκρο της συγκρούεται με σφαίρα ακτίνας 0,1 m και μάζας 1 kg που βρίσκεται ακίνητη στο κατώτατο σημείο τεταρτοκυκλίου ακτίνας 1 m, του οποίου το κέντρο συμπίπτει με το σημείο εξάρτησης της ράβδου. Το κάτω ά κρο της ράβδου την στιγμή της κρούσης έχει ταχύτητα 5 m/s. Αμέσως μετά την κρούση η ράβδος ακινητοποιείται. Η σφαίρα ανέρχεται στο τεταρτοκύκλιο στην αρχή ολισθαίνοντας και μετά κυλιόμενη. Τελικά εγκαταλείπει το ανώτερο άκρο του τεταρτοκυκλίου με γωνιακή ταχύτητα 8 rad/s. Να βρεθούν: ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 23

24 α) η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς τον άξονα περιστροφής της. β) η ταχύτητα της σφαίρας αμέσως μετά την κρούση. γ) το ύψος, πάνω από το τεταρτοκύκλιο, στο οποίο θα φτάσει η σφαίρα. δ) η γωνιακή ταχύτητα της σφαίρας στο ανώτατο σημείο της τροχιάς της. Δίνεται η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς άξονα που είναι κάθετος σ αυτήν και διέρχεται από το κέντρο μάζας της, και 10 m/s. [απ. α) 1 kg m β) 0,5 m/s γ) 3,2 m δ) 8 rad/s] 59. Μια ξύλινη ράβδος μήκους 0,4 m και μάζας 0,04 kg ισορροπεί ελεύθερη σε λείο οριζόντιο επίπεδο. Ένα σώμα Σ μάζας 0,01 kg που κινείται οριζόντια με ταχύτητα 4 m/s χτυπά κάθετα στο άκρο Α της ράβδου. Μετά την κρούση το σώμα Σ ακινητοποιείται. Αν γνωρίζουμε ότι το σώμα Σ ως προς το κέντρο μάζας της ράβδου έχει στροφορμή που βρίσκεται από τη σχέση, να βρείτε: α) την ταχύτητα του κέντρου μάζας της ράβδου αμέσως μετά την κρούση. β) τον άξονα γύρω από τον οποίο θα περιστραφεί η ράβδος και τη γωνιακή ταχύτητα που θα αποκτήσει. γ) τον αριθμό των περιστροφών που θα εκτελέσει η ράβδος στο χρονικό διάστημα που απαιτείται για να μετατοπιστεί το κέντρο μάζας της κατά 1 m. δ) Την ταχύτητα του πάνω άκρου της ράβδου (Β), όταν αυτή θα έχει συμπληρώσει 1,5 περιστροφές. Δίνεται η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς άξονα που είναι κάθετος σε αυτήν και διέρχεται από το κέντρο μάζας της,. [απ. 1 m/s β) 10 rad/s γ), στροφές δ) 4 m/s] 60. Μια κατακόρυφη τροχαλία έχει τυλιγμένο γύρω της ένα λεπτό αβαρές σχοινί, στο ελεύθερο άκρο του οποίου είναι δεμένο ένα σώμα (Σ) μάζας 1 kg. Η τροχαλία έχει ακτίνα 0,1 m, μάζα 2 kg και μπορεί να στρέφεται γύρω από σταθερό οριζόντιο άξονα, ο οποίος ταυτίζεται με τον άξονα που διέρχεται από το κέντρο μάζας της τροχαλίας. Τη χρονική στιγμή 0, αφήνουμε το σύστημα να κινηθεί. Να βρείτε: α) Την επιτάχυνση που θα αποκτήσει το σώμα Σ. β) Το μέτρο της δύναμης που ασκεί ο άξονας περιστροφής στην τροχαλία. Για τη χρονική στιγμή 2 s ζητούνται: γ) Η στροφορμή της τροχαλίας. δ) Ο ρυθμός μεταβολής της στροφορμής της τροχαλίας. Δίνεται η ροπή αδράνειας ομογενούς κυλίνδρου ως προς άξονα που διέρχεται από το κέντρο του, και 10 m/s. [απ. α) 5 m/s β) 25 N γ) 1 kg m /s δ) 0,5 kg m /s ] ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 24

25 61. Δύο σώματα Σ 1 και Σ 2 που έχουν μάζες 2 kg και 1 kg αντίστοιχα, συνδέονται μεταξύ τους με αβαρές νήμα το οποίο διέρχεται από το αυλάκι ομογενούς τροχαλίας μάζας 2 kg και ακτίνας 20 cm. Το σώμα Σ 1 κρέμεται κατακόρυφα και το Σ 2 βρίσκεται σε λείο οριζόντιο επίπεδο. Τη χρονική στιγμή 0 αφήνουμε το σύστημα ε λεύθερο να κινηθεί. Να υπολογίσετε: α) το μέτρο της επιτάχυνσης του σώματος Σ 1. β) τις τιμές των τάσεων και των δύο νημάτων. γ) το ρυθμό μεταβολής της στροφορμής της τροχαλίας ως προς τον άξονα περιστροφής της. δ) τη στροφορμή της τροχαλίας ως προς τον άξονα περιστροφής της, την χρονική στιγμή 2 s. Δίνεται η ροπή αδράνειας ομογενούς κυλίνδρου ως προς άξονα που διέρχεται από το κέντρο του, και 10 m/s. [απ. α) 5 m/s β) 10 Ν, 5 Ν γ) 1 N m δ) 2 kg m /s] 62. Ο δίσκος του σχήματος έχει μάζα 2 kg, ακτίνα 0,2 m κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει σε οριζόντιο επίπεδο. Κάποια στιγμή η ταχύτητα του κέντρου του Ο έχει μέτρο 4 m/s. Το σημείο Α βρίσκεται στην περιφέρεια του δίσκου και το ΑΟ είναι οριζόντιο. Να υ πολογίσετε α) το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας του δίσκου. β) την ταχύτητα του σημείου Α. γ) την κινητική ενέργεια του δίσκου. δ) την κινητική ενέργεια λόγω περιστροφής του δίσκου ως προς ένα στιγμιαίο άξονα περιστροφής που περνάει από τα σημεία επαφής του δίσκου με το έδαφος και είναι παράλληλος στον αρχικό άξονα που περνάει από το Ο. Να θεωρήσετε ότι ο δίσκος κάνει μόνο περιστροφική κίνηση ως προς τον άξονα αυτό με την ίδια γωνιακή ταχύτητα. Τι παρατηρείτε; Δίνεται η ροπή αδράνειας του δίσκου ως προς άξονα που διέρχεται από το κέντρο του Ο:. [απ. α) 4 m/s β) 4 2 m/s εφ 45 γ) 24 J δ) 24 J] 63. Η ομογενής και συμπαγής ράβδος του σχήματος έχει μάζα 4 kg, μήκος l 6 m και μπορεί να στρέφεται γύρω από άξονα που διέρχεται από το μέσο της Ο και είναι κάθετος σε αυτή. Στη ράβδο ασκείται συνεχώς μια δύναμη σταθερού μέτρου 8 N που σχηματίζει γωνία 30 με την προέκταση της ράβδου. Η γωνία αυτή παραμένει σταθερή σε όλη τη διάρκεια της περιστροφής της ράβδου. Να υ πολογίσετε α) την κινητική ενέργεια της ράβδου τη στιγμή που η γωνιακή της ταχύτητα έχει μέτρο 4 rad/s. β) το έργο της δύναμης μετά από δύο περιστροφές της ράβδου. ΣΙΤΣΑΝΛΗΣ ΗΛΙΑΣ ΣΕΛΙΔΑ 6 25